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CN108408726B - 生产二氧化碳的双流系统和方法 - Google Patents

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CN108408726B CN201810309124.6A CN201810309124A CN108408726B CN 108408726 B CN108408726 B CN 108408726B CN 201810309124 A CN201810309124 A CN 201810309124A CN 108408726 B CN108408726 B CN 108408726B
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Abstract

本发明的名称是生产二氧化碳的双流系统和方法。从包含烃的工艺气体生产二氧化碳的系统，所述系统包含配置用于燃烧烃并且输出燃烧流出物的燃烧子系统，其中燃烧流出物包含二氧化碳和水；配置用于从燃烧流出物分离第一量的二氧化碳的第一分离子系统；以及配置用于从燃烧流出物分离第二量的二氧化碳的第二分离子系统。

Description

生产二氧化碳的双流系统和方法
本申请为分案申请，原申请的申请日是2013年8月22日，申请号是201310369878.8，发明名称为“生产二氧化碳的双流系统和方法”。
技术领域
本申请涉及二氧化碳生产，并且更具体而言，涉及半移动式原位二氧化碳生产。
背景技术
在提高采收率法采油(“EOR”)中使用大量的二氧化碳。油井在一次采油阶段期间通常从地下油层收集其油的大约30％。使用二次采油技术，比如增加地下压力的注水开发，可以采收额外20％的油。EOR方法提供能够从地下油层采收额外20％或更多的油的三次采油技术。
在EOR过程期间，大量的二氧化碳被注入地下油层中，从而从井中推动额外的油。二氧化碳是优选的EOR气体，因为其具有与地下油混合并且使油粘性更小且更容易提取的能力。
用于EOR过程的二氧化碳可用各种技术从各种源获得。例如，二氧化碳可以从天然源比如环境空气中收集，或者可作为各种工业目的比如啤酒发酵的副产物收集。令人遗憾地，传统的二氧化碳生产技术是能量密集型的，特别是当在工业规模上运行时。而且，将二氧化碳从生产位置输送到EOR位置(例如，通过货运或管道)的成本是相当显著的。
因此，本领域技术人员继续在二氧化碳生产和输送领域中进行研究和开发工作。
发明内容
根据本公开内容的方面提供了从包含烃的工艺气体生产二氧化碳的双流系统，其可包括(1)配置用于燃烧烃并且输出燃烧流出物的燃烧子系统，其中燃烧流出物包含二氧化碳和水；(2)配置用于从燃烧流出物分离第一量的二氧化碳的第一分离子系统；以及(3)配置用于从燃烧流出物分离第二量的二氧化碳的第二分离子系统。
有利地，烃包含甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的至少一种。
有利地，烃可以是甲烷。
有利地，工艺气体可以是天然气。
有利地，工艺气体可进一步包含二氧化碳。
有利地，燃烧子系统可包含内燃机。
有利地，燃烧子系统可包含改进为靠烃运行的柴油机。
有利地，燃烧子系统可包含涡轮机。
有利地，燃烧子系统可配置用于将环境空气与烃混合。
有利地，燃烧流出物可进一步包含氮。
有利地，燃烧流出物可进一步包含氧。
有利地，燃烧流出物可包含按重量计至少大约5％的二氧化碳。
有利地，燃烧流出物可包含按重量计至少大约10％的二氧化碳。
有利地，燃烧流出物可包含按重量计至少大约12％的二氧化碳。
有利地，燃烧流出物可基本上没有烃。
有利地，燃烧子系统可产生电能。
有利地，燃烧子系统可产生电能，并且电能可被供应至第一分离子系统和/或第二分离子系统。
有利地，冷却子系统可置于燃烧子系统和第一分离子系统之间。
有利地，冷却子系统可置于燃烧子系统和第一分离子系统之间，并且冷却子系统可包含换热器。
有利地，冷却子系统可置于燃烧子系统和第一分离子系统之间，并且冷却子系统可包含换热器，其中换热器与第一分离子系统和/或第二分离子系统热耦合。
有利地，冷却子系统可置于燃烧子系统和第一分离子系统之间，其中冷却子系统包含干燥剂。
有利地，第一分离子系统可包含吸附材料。
有利地，第一分离子系统可包含吸附材料，其中吸附材料包含沸石。
有利地，第二分离子系统可包含化学吸附剂。
有利地，第二分离子系统可包含化学吸附剂，其中化学吸附剂包含胺。
有利地，第二分离子系统可包含化学吸附剂，其中化学吸附剂包含链烷醇胺。
有利地，第二分离子系统可包含化学吸附剂，其中化学吸附剂包含选自单乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙醇胺、二甘醇胺、三乙醇胺以及其组合的成分。
有利地，第二分离子系统可与第一分离子系统串联并且在第一分离子系统的下游。
有利地，第二分离子系统可与第一分离子系统串联并且在第一分离子系统的下游，并且其中空气推动单元配置用于将环境空气引入燃烧流出物。
有利地，第二分离子系统可与第一分离子系统串联并且在第一分离子系统的下游，并且其中空气推动单元配置用于将环境空气引入燃烧流出物，环境空气在第一分离子系统和第二分离子系统之间被引入。
有利地，燃烧子系统、第一分离子系统和第二分离子系统可以在移动平台上。
根据本公开内容的另一个方面提供了从包含烃的工艺气体生产二氧化碳的双流系统，其可包括(1)配置用于燃烧烃并且输出燃烧流出物的燃烧子系统，其中燃烧流出物包含二氧化碳和水；(2)配置用于通过物理吸附从燃烧流出物分离第一量的二氧化碳的第一分离子系统；以及(3)与第一分离子系统串联的第二分离子系统，第二分离子系统配置用于通过化学吸附从燃烧流出物分离第二量的二氧化碳。
根据本公开内容的进一步方面提供了生产二氧化碳的双流方法，其可包括以下步骤：(1)提供包含烃的工艺气体；(2)燃烧烃以产生电能和燃烧流出物，其中燃烧流出物包含二氧化碳和水；(3)从燃烧流出物分离第一量的二氧化碳；并且(4)从燃烧流出物分离第二量的二氧化碳。
有利地，烃可包含甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的至少一种。
有利地，烃是甲烷。
有利地，工艺气体是天然气。
有利地，工艺气体进一步包含二氧化碳。
有利地，所述方法进一步包括在燃烧步骤之前将环境空气与烃混合的步骤。
有利地，燃烧流出物基本上没有烃。
有利地，所述方法进一步包括从燃烧流出物分离水的步骤。
有利地，所述方法进一步包括将燃烧流出物冷却的步骤。
有利地，所述方法进一步包括将燃烧流出物冷却的步骤，其中所述冷却步骤在分离第一量和第二量的二氧化碳之前进行。
有利地，所述电能用于分离第一量的步骤和/或分离第二量的步骤期间。
有利地，分离第一量的步骤包括将燃烧流出物与吸附材料接触。
有利地，分离第一量的步骤包括将燃烧流出物与吸附材料接触，其中吸附材料包含沸石。
有利地，分离第二量的步骤包括将燃烧流出物与化学吸附剂接触。
有利地，分离第二量的步骤包括将燃烧流出物与化学吸附剂接触，其中化学吸附剂包含胺。
有利地，分离第二量的步骤包括将燃烧流出物与化学吸附剂接触，其中化学吸附剂包含链烷醇胺。
有利地，分离第二量的步骤包括将燃烧流出物与化学吸附剂接触，其中化学吸附剂包含选自单乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙醇胺、二甘醇胺、三乙醇胺以及其组合的成分。
根据本公开内容的另一个方面提供了生产二氧化碳的双流方法，其可包括以下步骤：(1)提供包含烃的工艺气体；(2)燃烧烃以产生电能和燃烧流出物，其中燃烧流出物包含二氧化碳和水；(3)用物理吸附材料从燃烧流出物分离第一量的二氧化碳；并且(4)用化学吸附剂从燃烧流出物分离第二量的二氧化碳。
根据本公开内容的另一个方面提供了从工艺气体生产二氧化碳的系统，所述工艺气体包括烃，所述系统包括：配置用于燃烧所述烃并且输出燃烧流出物的燃烧子系统，其中所述燃烧流出物包含二氧化碳和水；配置用于从所述燃烧流出物分离第一量的所述二氧化碳的第一分离子系统；以及配置用于从所述燃烧流出物分离第二量的所述二氧化碳的第二分离子系统。
有利地，烃包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中至少一种。
有利地，工艺气体是天然气。
有利地，工艺气体进一步包括二氧化碳。
有利地，燃烧子系统包括内燃机、改进为靠所述烃运行的柴油机以及涡轮机中的至少一种。
有利地，燃烧流出物进一步包括氮和氧中的至少一种。
有利地，燃烧流出物包括按重量计至少大约5％的所述二氧化碳。
有利地，燃烧流出物基本上没有所述烃。
有利地，燃烧子系统产生电能。
有利地，所述系统进一步包括置于所述燃烧子系统和所述第一分离子系统之间的冷却子系统。
优选地，冷却子系统包括与所述第一分离子系统和所述第二分离子系统中的至少一个热耦合的换热器。
优选地，冷却子系统包括干燥剂。
有利地，第一分离子系统包括吸附材料。
优选地，吸附材料包括沸石。
有利地，第二分离子系统包括化学吸附剂。
有利地，第二分离子系统与所述第一分离子系统串联并且在所述第一分离子系统的下游。
优选地，所述系统进一步包括配置用于将环境空气引入所述燃烧流出物的空气推动单元。
优选地，环境空气在所述第一分离子系统和所述第二分离子系统之间引入。
有利地，燃烧子系统、所述第一分离子系统和所述第二分离子系统在移动平台或运输工具上。
根据本公开内容的方面提供了生产二氧化碳的方法，其包括以下步骤：提供包含烃的工艺气体；燃烧所述烃以产生电能和燃烧流出物，其中所述燃烧流出物包含二氧化碳和水；从所述燃烧流出物分离第一量的所述二氧化碳；并且从所述燃烧流出物分离第二量的所述二氧化碳。
有利地，烃包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的至少一种。
有利地，所述方法进一步包括在所述燃烧步骤之前将环境空气与所述烃混合的步骤。
有利地，所述方法进一步包括从所述燃烧流出物分离所述水的步骤。
有利地，所述方法进一步包括将所述燃烧流出物冷却的步骤。
有利地，分离所述第一量的步骤包括将所述燃烧流出物与吸附材料接触。
有利地，分离所述第二量的步骤包括将所述燃烧流出物与化学吸附剂接触。
公开的生产二氧化碳的双流系统和方法的其它实施方式通过下面的详述、附图和所附权利要求书将变得显而易见。
附图说明
图1是公开的生产二氧化碳的双流系统的一个实施方式的示意性工艺流程图；
图2是图1系统的冷却子系统的示意性框图；
图3是图1系统的第一分离子系统的示意性框图；
图4是图1系统的第二分离子系统的示意性框图；和
图5是描述公开的生产二氧化碳的双流方法的一个实施方式的流程图。
具体实施方式
参考图1，公开的生产二氧化碳的双流系统的一个实施方式——一般指定为10——可包含燃烧子系统12、冷却子系统14、第一分离子系统16和第二分离子系统18。收集子系统20可提供用于收集通过系统10生产的双二氧化碳流。在不偏离本公开内容范围的情况下，可将额外的组件和子系统并入公开的系统10中。
工艺气体22可在燃烧子系统12处供应到系统10。工艺气体22可以是包含烃比如甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)和/或丁烷(C4H10)的任何气体或气体混合物。除烃以外，工艺气体22还可包含其它组分，比如二氧化碳、水蒸气、氮气和/或硫化氢。工艺气体22的烃组分的浓度可取决于工艺气体22的源变化。
在一个具体执行方式中，工艺气体22可以是天然气，其可包含显著的甲烷组分。天然气可来自于天然气田、油田(例如，提高采收率法采油位置)、煤矿等。天然气可通过当地原位井或者通过其它装置比如管道或储存容器供应到系统10。
虽然公开的系统10可有利地在各种与石油工业相关联的位置(例如，气田和EOR位置)实施，但在不偏离本公开内容范围的情况下可使用工艺气体22的各种其它源。作为一个实例，工艺气体22可来自于农业设施(例如，具有甲烷捕集系统的奶牛场(dairy farm))。作为另一个实例，工艺气体22可来自于填埋场(例如，具有甲烷捕集系统的填埋场)。在阅读本公开内容后，对于本领域技术人员而言含烃工艺气体22的其它合适的源将是显而易见的。
燃烧子系统12可接收工艺气体22并且可燃烧工艺气体22中的烃(以及工艺气体22中任何其它可燃烧的组分)以产生电能24和气态燃烧流出物26。如果需要氧以维持(或完成)燃烧，则环境空气28可从周围环境中收集并且可通过流体管线30被供应到燃烧子系统12，并且在烃的燃烧之前与工艺气体22混合。
通过燃烧子系统12产生的电能24可用于对系统10的各种组件和子系统比如冷却子系统14、第一分离子系统16、第二分离子系统18、收集子系统20和空气推动单元32,34(下面讨论)提供动力。可选地(或额外地)，通过燃烧子系统12产生的电能24可销售到电网36。因此，通过燃烧子系统12产生的电能24可以是公开的系统10的一些收入来源中的一种。
燃烧子系统12可包含任何合适的燃烧装置或系统。作为一个实例，燃烧子系统12可包含间歇式燃烧的内燃机，比如改进为靠天然气运行的柴油机。作为另一个实例，燃烧子系统12可包含连续式内燃机，比如涡轮机(例如，微型涡轮机)。虽然连续式内燃机可能比间歇式燃烧的内燃机在产生电能24上更有效率，但较低效的燃烧子系统12，比如改进为靠天然气运行的柴油机，可生成更多二氧化碳，并且因此可以提高整个系统经济性。
燃烧子系统12可将工艺气体22中的烃转化成二氧化碳和水。例如，工艺气体22中的烃可如下转化成二氧化碳和水：
CH4+2O2→CO2+2H2O (方程1)
2C2H6+7O2→4CO2+6H2O (方程2)
C3H8+5O2→3CO2+4H2O (方程3)
2C4H10+13O2→8CO2+10H2O (方程4)
因此，燃烧流出物26可包括二氧化碳和水，以及已经通过燃烧子系统12的环境空气28的组分(例如，氮气、氧气)以及其它燃烧副产物(例如，一氧化碳、氮氧化物)。燃烧流出物26可基本上没有烃，烃可在燃烧子系统12内基本上完全燃烧。
作为一个实例，当工艺气体22是天然气时，燃烧流出物26可包括按重量计至少大约10％的二氧化碳(例如，按重量计大约12％的二氧化碳)和按重量计至少5％的水(例如，按重量计大约9％的水)。当然，燃烧流出物26中二氧化碳和水的实际浓度将取决于各种因素，比如工艺气体22的组成、供给至燃烧子系统12的环境空气28的量(若有的话)、环境空气28的湿度以及燃烧子系统12的构造。
燃烧流出物26可从燃烧子系统12传送至冷却子系统14，其可在燃烧流出物传送到第一分离子系统16之前将燃烧流出物26冷却。空气推动单元32，比如风扇或鼓风机，可置于燃烧子系统12和冷却子系统14之间以利于将燃烧流出物26输送至冷却子系统14。
不限于任何具体的理论，当第一分离子系统16采用物理吸附(下面讨论)以提取二氧化碳时，在燃烧流出物传送至第一分离子系统16之前将燃烧流出物26冷却可能是有利的。特别地，将燃烧流出物26冷却到吸附材料的某温度(例如，至少10度或至少5度)内以便增强物理吸附可能是有利的。例如，当吸附材料处于环境条件(25℃)时，燃烧流出物26可被冷却到至多35℃(例如，30℃)。
参考图2，冷却子系统14可包含换热器38和任选的干燥剂室40。在不偏离本公开内容范围的情况下，冷却子系统14可包含额外的组件，比如额外的换热器和/或额外的干燥剂室。
换热器38可将热能42(图1)从燃烧流出物26中移除。例如，换热器38可包含反向循环冷却液(例如，水或乙二醇)，其从燃烧流出物26中提取热能42。在不偏离本公开范围的情况下可使用各种热交换装置和系统。
返回参考图1，在冷却子系统14处通过换热器38(图2)从燃烧流出物26移除的热能42可被供应到系统10的一个或多个组件和子系统。例如，在换热器38处移除的热能42可被供应到第一分离子系统16和第二分离子系统18，并且可用于利用热再生第一分离子系统16和第二分离子系统18内所含的吸附材料(下面讨论)。还考虑了热能42的其它应用。
通过将燃烧流出物26冷却，换热器38(图2)可将燃烧流出物26内的水蒸气冷凝，其可随后通过流体管线46作为水44输出。水44可被系统10使用，可被销售(例如，可以是系统10的另一个收入流)或者可被排放(例如，排放到排水道)。
返回参考图2，任选的干燥剂室40可将在换热器38中的冷凝之后的燃烧流出物26中残留的基本所有水蒸气移除。例如，在干燥剂室40之后，燃烧流出物26的含水量可以是按重量计1％或更少。在干燥剂室40处从燃烧流出物26移除的水可通过流体管线46作为水44(图1)输出。
干燥剂室40可包含干燥剂材料。各种干燥剂材料可适合用在干燥剂室40中以便将基本上所有的水从燃烧流出物26中移除。作为一个一般性实例，干燥剂材料可以是分子筛材料。作为一个具体实例，干燥剂材料可以是具有碱金属硅酸铝结构的分子筛材料，其具有3埃的有效开孔，尽管可使用任何合适的干燥剂材料。
因此，冷却子系统14可接收燃烧流出物26并且可输出冷却、干燥的气态燃烧流出物48。
返回参考图1，冷却、干燥的燃烧流出物48可供应到第一分离子系统16。第一分离子系统16可从冷却、干燥的燃烧流出物48分离第一量的二氧化碳(流50)，并且可输出贫燃烧流出物52(即二氧化碳少于燃烧流出物中初始所含二氧化碳的燃烧流出物)。第一二氧化碳流50可通过流体管线54传送至收集子系统20。
第一分离子系统16可采用各种技术以便将二氧化碳从冷却、干燥的燃烧流出物48中分离。第一分离子系统16所用的分离技术的类型可由各种因素决定，包括工艺条件(例如，收集的二氧化碳50的期望纯度)和工艺经济性(例如，第一分离子系统16的总能耗)。
虽然下面描述物理吸附方法，但在不偏离本公开内容范围的情况下，第一分离子系统16可使用其它技术，比如化学吸附、涡流分离和液化。
涡流分离可采用涡流以实现二氧化碳与冷却、干燥的燃烧流出物48的分离。例如，冷却、干燥的燃烧流出物48可被泵入静态涡流分离器，使得引起涡流路径，从而引起二氧化碳的分离，二氧化碳可比冷却、干燥的燃烧流出物48的其它组分具有更高的分子量。
液化可采用压力容器和泵，其中所述泵以足以将冷却、干燥的燃烧流出物48分离成液体部分和气体部分的压力将冷却、干燥的燃烧流出物48泵入压力容器内。可包括二氧化碳的液体部分可随后轻易地与气体部分分离。
参考图3，在一个具体的构造中，第一分离子系统16可包含物理吸附室56和任选的真空脱附室58。还考虑使用额外的装置和组件。
物理吸附室56可接收冷却、干燥的燃烧流出物48，可使冷却、干燥的燃烧流出物48接触吸附材料，并且可输出贫二氧化碳的气态燃烧流出物52。因此，在物理吸附室56内，冷却、干燥的燃烧流出物48中的二氧化碳可通过物理吸附方法(物理吸附)吸附到吸附材料上。
不限于任何具体的理论，由于冷却、干燥的燃烧流出物48的组成，在第一分离子系统16处使用物理吸附方法可能是有利的。例如，当工艺气体22是天然气或类似物时，冷却、干燥的燃烧流出物48可包含按重量计至少大约10％的二氧化碳和按重量计至多大约1％的水。因此，冷却、干燥的燃烧流出物48的组成可对于物理吸附是理想的，其在至少大约1:1的二氧化碳与水的比时可最有效地进行。
各种吸附材料可适合用在物理吸附室56中以便从冷却、干燥的燃烧流出物48中吸附二氧化碳。作为一个一般性实例，吸附材料可以是分子筛材料，比如具有10埃有效开孔尺寸的分子筛材料。作为一个具体实例，吸附材料可以是沸石材料，比如具有10埃有效开孔尺寸的沸石13X分子筛材料。作为另一个具体实例，吸附材料可以是5A沸石材料。
当足量的二氧化碳已经吸附到物理吸附室56内的吸附材料上时，吸附的二氧化碳可作为第一二氧化碳流50释放，从而将吸附材料再生。例如，当贫燃烧流出物52中二氧化碳的浓度超过预定的阈值(例如，按重量计2％、按重量计3％或按重量计5％)时，吸附的二氧化碳可被释放以便将吸附材料再生。
各种技术可用于将吸附的二氧化碳从物理吸附室56中的吸附材料中释放。作为一个实例，真空脱附室58(其可与物理吸附室56相同或者与物理吸附室56分开)可用于将二氧化碳从吸附材料脱附。在真空脱附室58(或物理吸附室56)中可抽真空。因此，当准备再生吸附材料时，可将物理吸附室56密封，并且可在脱附室58(或物理吸附室56)中抽真空，从而将二氧化碳从吸附材料中抽出。可在脱附室58(或物理吸附室56)的下游放置指形冷冻器，使得脱附的二氧化碳在指形冷冻器上冷凝。作为指形冷冻器的一个替代方案，压缩可用于分离脱附的二氧化碳。
作为另一个实例，比如用微波能、红外能等的加热，可用于将吸附的二氧化碳从物理吸附室56中的吸附材料中释放。
因此，第一分离子系统16可接收冷却、干燥的燃烧流出物48并且可输出贫燃烧流出物52。贫燃烧流出物52可包括按重量计至多大约5％的二氧化碳，比如按重量计至多大约2％的二氧化碳。
返回参考图1，来自第一分离子系统16的贫燃烧流出物52可串联地供应到第二分离子系统18。第二分离子系统18可从贫燃烧流出物52中分离第二量的二氧化碳(流60)，并且可通过流体管线63输出基本上没有二氧化碳的废气62。第二二氧化碳流60可通过流体管线64送至收集子系统20。
任选地，空气推动单元34，比如风扇或鼓风机，可在第二分离子系统18之前(或在第二分离子系统18内)将环境空气28引入贫燃烧流出物52。将环境空气28引入贫燃烧流出物52可进一步冷却贫燃烧流出物52。另外，将环境空气28引入贫燃烧流出物52可将天然湿度(水)引入贫燃烧流出物52，当第二分离子系统18采用化学吸附方法时其可能是有利的。
由于环境空气28仅包含大约400ppm的二氧化碳，将环境空气28引入贫燃烧流出物52可将贫燃烧流出物52的二氧化碳含量稀释。在一种表达中，可控制引入贫燃烧流出物52的环境空气28的量，使得进入第二分离子系统18的贫燃烧流出物52内二氧化碳的浓度不下降到按重量计大约2％以下。在另一种表达中，可控制引入贫燃烧流出物52的环境空气28的量，使得进入第二分离子系统18的贫燃烧流出物52内二氧化碳的浓度不下降到按重量计大约1％以下。在又另一种表达中，可控制引入贫燃烧流出物52的环境空气28的量，使得进入第二分离子系统18的贫燃烧流出物52内二氧化碳的浓度不下降到按重量计大约0.5％以下。
第二分离子系统18可采用各种技术以将二氧化碳从贫燃烧流出物52中分离。第二分离子系统18所用的分离技术的类型可由各种因素决定，包括贫燃烧流出物52中二氧化碳的浓度、工艺条件(例如，收集的二氧化碳60的期望纯度)和工艺经济性(例如，第二分离子系统18的总能耗)。
虽然下面描述物理吸附方法，但在不偏离本公开内容范围的情况下，第二分离子系统18可使用其它技术，比如化学吸附、涡流分离和液化。
参考图4，在一个具体构造中，第二分离子系统18可包含吸收器66和解吸器68。还考虑了使用额外的装置和组件。
吸收器66可接收贫燃烧流出物52，可将贫燃烧流出物52与化学吸附剂接触，并且可通过流体管线63输出基本上没有二氧化碳的废气62(图1)。因此，在吸收器66内，可通过化学吸附方法(化学吸附)经由化学吸附剂捕集贫燃烧流出物52中的二氧化碳。
不限于任何具体理论，由于贫燃烧流出物52中的低二氧化碳浓度，以及因为环境空气28中的自然湿度而在贫燃烧流出物52中潜在存在水，在第二分离子系统18处使用化学吸附方法可能是有利的。
各种化学吸附剂可适合用在吸收器66中以便从贫燃烧流出物52中提取二氧化碳。作为一个一般性实例，化学吸附剂可以是(或者可包含)胺。作为一个具体实例，化学吸附剂可以是(或可包含)链烷醇胺，比如单乙醇胺、二乙醇胺、甲基二乙醇胺、二异丙醇胺、二甘醇胺、三乙醇胺以及其组合。作为另一个一般性实例，可使用基于碳酸氢盐的化学吸附方案。当选择用于吸收器66的化学吸附剂时，可考虑各种因素，比如贫燃烧流出物52中二氧化碳的浓度以及贫燃烧流出物52的组成。
含二氧化碳的化学吸附剂(例如，胺和二氧化碳溶液)可在解吸器68中再生，从而释放第二二氧化碳流60。各种技术可用于再生化学吸附剂和释放二氧化碳60。作为一个实例，含二氧化碳的化学吸附剂可泵入解吸器68中，在此其可被加热以驱除二氧化碳。在冷却子系统14处收集的热能42可用于加热解吸器68，尽管也可能需要其它加热。再生的化学吸附剂可泵回吸收器66。
返回参考图1，收集子系统20可接收来自第一分离子系统16的第一二氧化碳流50(通过流体管线54)和来自第二分离子系统18的第二二氧化碳流60(通过流体管线64)，并且可任选地将双二氧化碳流50,60组合。如果必要，收集子系统20可进一步纯化双(或组合的)二氧化碳流50,60，比如通过压缩(液化)或热(蒸馏)。
另外，收集子系统20可以各种方式输送双(或组合的)二氧化碳流50,60。作为一个实例，收集子系统20可将双(或组合的)二氧化碳流50,60泵入保存容器(例如，存储罐)中。作为另一个实例，收集子系统20可将双(或组合的)二氧化碳流50,60泵送至下游应用，比如在提高采收率法采油位置处注入井。作为又另一个实例，收集子系统20可经过管道泵送双(或组合的)二氧化碳流50,60。
因此，收集子系统20接收的二氧化碳50,60可提供公开的系统10的另一个收入源。
因此，公开的系统10可使用含烃的工艺气体22产生多个潜在收入源：电能、二氧化碳和水。而且，公开的系统10可用于在含烃工艺气体22(例如，甲烷)的任何源20处生产二氧化碳32，从而用作虚拟管道，其消除对于长距离输送二氧化碳——比如通过货运或物理管道——的需求。例如，系统10可安装在移动平台上，比如货车车厢(truck bed)，从而使系统10可移动并且能够在需要的地方实施。
参考图5，还公开了生产二氧化碳的双流方法100。方法100可通过提供含烃工艺气体的源的步骤开始于方框102。
在方框104，含烃工艺气体可被燃烧以产生燃烧流出物和电能。燃烧可在氧的存在下发生，比如通过将环境空气与含烃工艺气体混合。燃烧步骤可将含烃工艺气体中的大多数(如果不是所有)烃转化成二氧化碳和水。
任选地，在方框106，燃烧流出物在继续到方框108之前可被冷却和/或除湿。
在方框108，可从燃烧流出物中分离第一二氧化碳流。分离可用物理吸附方法(例如，通过沸石)实现，尽管在不偏离本公开内容范围的情况下可使用各种可选的分离技术。第一二氧化碳流可由收集子系统收集。
任选地，在方框110，环境空气在继续到方框112之前可与燃烧流出物混合。
在方框112，可从燃烧流出物中分离第二二氧化碳流。分离可用化学吸附方法(例如，通过胺型化学吸附剂)实现，尽管在不偏离本公开内容范围的情况下可使用各种可选的分离技术。第二二氧化碳流可通过收集子系统收集，并且任选地，可与第一二氧化碳流合并。
来自第二分离步骤(方框112)的废气可基本上没有二氧化碳，并且可释放到大气中。
因此，公开的方法100可在含烃工艺气体的任何源处产生二氧化碳(以及水和电能)，从而减少或消除与输送二氧化碳有关的成本。
虽然已经显示和描述了公开的生产二氧化碳的双流系统和方法的各种实施方式，但本领域技术人员在阅读该说明书之后可以想到改型。本申请包含这些改型并且仅受权利要求的范围限制。

Claims (39)

1.从工艺气体生产二氧化碳的系统，所述工艺气体包括烃，所述系统包括：
燃烧子系统，其配置用于燃烧所述烃并且输出燃烧流出物，其中所述燃烧流出物包括二氧化碳和水；
第一分离子系统，其采用物理吸附从所述燃烧流出物分离第一量的所述二氧化碳；以及
第二分离子系统，其与所述第一分离子系统串联并且在所述第一分离子系统的下游，所述第二分离子系统采用化学吸附从所述燃烧流出物分离第二量的所述二氧化碳。
2.权利要求1所述的系统，其中所述烃包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的至少一种。
3.权利要求1所述的系统，其中所述工艺气体是天然气。
4.权利要求1所述的系统，其中所述工艺气体进一步包括二氧化碳。
5.权利要求1所述的系统，其中所述燃烧子系统包括内燃机。
6.权利要求1所述的系统，其中所述燃烧子系统包括改进为靠所述烃运行的柴油机以及涡轮机中的至少一种。
7.权利要求1所述的系统，其中所述燃烧流出物进一步包括氮和氧中的至少一种。
8.权利要求1所述的系统，其中所述燃烧流出物包括按重量计至少大约5％的所述二氧化碳。
9.权利要求1所述的系统，其中所述燃烧流出物基本上没有所述烃。
10.权利要求1所述的系统，其中所述燃烧子系统产生电能。
11.权利要求1所述的系统，进一步包括置于所述燃烧子系统和所述第一分离子系统之间的冷却子系统。
12.权利要求11所述的系统，其中所述冷却子系统包括与所述第一分离子系统和所述第二分离子系统中的至少一个热耦合的换热器。
13.权利要求11所述的系统，其中所述冷却子系统包括干燥剂。
14.权利要求1所述的系统，其中所述第一分离子系统包括沸石。
15.权利要求1所述的系统，进一步包括配置用于将环境空气引入所述燃烧流出物的空气推动单元。
16.权利要求15所述的系统，其中所述环境空气在所述第一分离子系统和所述第二分离子系统之间被引入。
17.权利要求1所述的系统，其中所述燃烧子系统、所述第一分离子系统和所述第二分离子系统在移动平台上。
18.从工艺气体生产二氧化碳的系统，所述工艺气体包括烃，所述系统包括：
燃烧子系统，其配置用于燃烧所述烃并且输出燃烧流出物，其中所述燃烧流出物包括二氧化碳和水；
第一分离子系统，其配置用于从所述燃烧流出物分离第一量的所述二氧化碳；以及
第二分离子系统，其配置用于从所述燃烧流出物分离第二量的所述二氧化碳，
其中环境空气在所述第一分离子系统和所述第二分离子系统之间被引入。
19.权利要求18所述的系统，其中所述第二分离子系统与所述第一分离子系统串联并且在所述第一分离子系统的下游。
20.权利要求19所述的系统，其中所述第一分离子系统包括吸附材料。
21.权利要求20所述的系统，其中所述第二分离子系统包括化学吸附剂。
22.生产二氧化碳的方法，其包括：
提供包含烃的工艺气体；
燃烧所述烃以产生电能和燃烧流出物，其中所述燃烧流出物包括二氧化碳和水；
从所述燃烧流出物分离第一量的所述二氧化碳，其中所述分离所述第一量的步骤包括物理吸附；和
从所述燃烧流出物分离第二量的所述二氧化碳，其中所述分离所述第二量的步骤包括化学吸附，并且其中所述分离所述第二量的步骤与所述分离所述第一量的步骤串联进行并且在所述分离所述第一量的步骤下游。
23.权利要求22所述的方法，其中所述烃包括甲烷、乙烷、丙烷和丁烷中的至少一种。
24.权利要求22所述的方法，其中所述烃是天然气。
25.权利要求22所述的方法，其中所述工艺气体进一步包括二氧化碳。
26.权利要求22所述的方法，其中所述燃烧步骤包括使所述工艺气体穿过内燃机。
27.权利要求22所述的方法，其中所述燃烧步骤包括使所述工艺气体穿过改进为靠所述烃运行的柴油机以及涡轮机中的至少一种。
28.权利要求22所述的方法，其中所述燃烧流出物进一步包括氮和氧中的至少一种。
29.权利要求22所述的方法，其中所述燃烧流出物包括按重量计至少大约5％的所述二氧化碳。
30.权利要求22所述的方法，其中所述燃烧流出物基本上没有所述烃。
31.权利要求22所述的方法，进一步包括在所述燃烧步骤之前将环境空气与所述烃混合。
32.权利要求22所述的方法，进一步包括从所述燃烧流出物分离所述水。
33.权利要求32所述的方法，其中所述分离所述水的步骤包括使所述燃烧流出物与干燥剂接触。
34.权利要求32所述的方法，其中所述分离所述水的步骤发生在所述分离所述第一量的步骤和所述分离所述第二量的步骤之前。
35.权利要求22所述的方法，进一步包括将所述燃烧流出物冷却的步骤。
36.权利要求35所述的方法，其中所述将所述燃烧流出物冷却的步骤包括使所述燃烧流出物穿过换热器。
37.权利要求35所述的方法，其中所述将所述燃烧流出物冷却的步骤发生在所述分离所述第一量的步骤和所述分离所述第二量的步骤之前。
38.权利要求22所述的方法，其中所述物理吸附采用沸石。
39.权利要求22所述的方法，进一步包括在所述分离所述第二量的步骤之前将环境空气引入所述燃烧流出物。
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